DE1962669A1

DE1962669A1 - Walze mit Umfangsnuten

Info

Publication number: DE1962669A1
Application number: DE19691962669
Authority: DE
Inventors: Brafford Donald Arthur
Original assignee: Beloit Corp
Current assignee: Beloit Corp
Priority date: 1968-12-18
Filing date: 1969-12-13
Publication date: 1970-07-02
Also published as: GB1226482A; ES374700A1; US3588978A; FI50159C; BR6915281D0; FR2026398A1; FI50159B

Description

PATENTANWALT

7 STUTTGART I₁ MOSERSTRASSE 8 · TELEFON (0711) 244003

12, Dezember 19β9 / F - BE 24 1 -

BELOIT CORPORATION,
1, St. Lawrence Avenue, Beloit, Wisconsin 555 Hj USA

Walze mit Umfangsnuten

Mit Umfangsrillen oder -nuten versehenen Walzen kommt in der Industrie, insbesondere bei der Papierherstellung eine wesentliche Bedeutung zu. Für Materialbahnen, beispielsweise Papierbahnen, welche die verschiedenen Stufen ihres Herstellungsverfahrens mit hoher Geschwindigkeit und unter genau gesteuerten Bedingungen durchlaufen, müssen in einer Anzahl von Fällen mit Umfangsnuten versehene Walzen verwendet werden, um die Materialbahn sachgemäß transportieren und verarbeiten zu können.

Bekannte Walzen dieser Art werden seit langem aus Gußelsen und neuerdings auch aus Stahl hergestellt. Darüber hinaus sind auch mit einem Umfangsrillen tragenden Gummimantel versehene Walzen in den verschiedensten Stufen des Papierherstellungsverfahrens und in anderen Industriezweigen bekannt.

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Metallische Walzen sind teuer in der Herstellung und bis zu einem gewissen Grade nicht korrosionsbeständig. Andererseits führt die Verwendung von rostfreiem Stahl und anderen korrosionsfesten Metallen zu zusätzlichem Aufwand und besonderen Schwierigkeiten bei der Herstellung der Umfangsrillen, so daß die damit erzielten Vorteile nicht mehr die entstehenden Herstellungskosten rechtfertigen.

Mit Umfangsrilen versehene Walzen aus Gummi oder ariderem synthetischem Material lassen sich relativ leicht hinsichtlichder Nuten oder Rillen bearbeiten, sind jedoch nicht für hohe Geschwindigkeiten und zur Aufnahme hoher Spaltdrücke geeignet, so daß eine Anwendung nur bei niedrigen Drehzahlen und/oder niedrigen Walzenspaltdrücken infrage kommt.

Mit Umfangsrillen oder -nuten versehene Walzen sind besonders wichtig in den Blattbildungszonen von relativ neuen Blattbildungsv orrichtungen in Papiermaschinen und auch zum Pressen von Papier, Textilien o.dgl.. In einer Pressenpartie sind zwei oder mehr Walzen wirkungsmäßig einander zugeordnet, so daß sie zwischen sich einen Spalt bilden, den das Material, beispielsweise eine Papier- oder Gewebebahn durchläuft. Um bei der Verarbeitung der Bahn einen guten Wirkungsgrad zu erzielen, müssen oft sehr hohe Geschwindigkeiten und Spaltdrücke angewendet werden, beispielsweise bis zu ^0,5 m/sec (6000 Fuß/Minute) und Spaltdrücke über 71,5 kg/cm (²K)O pound per linear inch). Bisher ist jedoch noch kein Material bekannt geworden, das sich in Verarbeitung als V.'alze bei wirtschaftlichen Herstellungskosten sowohl für derartig hohe Geschwindigkeiten und als auch hohe Spaltdrücke.

Bei derartig hohen Geschwindigkeiten und Spaltdrücken ist es unerläßlich, die Walzen beispielsweise dann mit Umfangsrillen zu versehen, wenn eine Materialbahn einen Walzenspalt durchläuft und Feuchtigkeit oder andere Medien mit sich in den Spalt

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hineinführt. Diese Feuchtigkeit, die aus der Bahn herausgepreßt wird, um danach abgeführt werden zu können, befeuchtet häufig die Bahn von neuem, nachdem die Bahn den Spalt durchläuft. Mit Umfangsrilten versehene Walzen verringern demgegenüber die Wiederbefeuchtung der Bahn in erheblichem Maße und . ermöglichen somit höhere Geschwindigkeiten und Drücke,

Walzen mit Umfangsnuten gewinnen neuerdings in dem Blattbildungsbereich einer Papiermaschine immer mehr an Bedeutung. Wenn ein Papierstoffstrahl in einen durch zwei Walzen gebildeten Spalt eingeführt wird, wobei um jede Walze ein endloses Formsieb herumgeführt ist, tritt ein besonderes Phänomen auf, das man mit "Pumpen" bezeichnet. Der Pumpvorgang besteht darin, daß ein sich mit hoher Geschwindigkeit von einer Walze wegbewegendes Formsieb einen Unterdruck und damit eine Saugwirkung erzeugt, wodurch die blattbildenden Materialien nachteilig beeinflußt werden. Dies ist leicht einzusehen, wenn man beispielsweise die besondere Empfindlichkeit eines Papierstoffes betrachtet, der zu Papiermatte verarbeitet wird. Dabei können sämtliche äußeren Einflüsse auf die Entwässerungsgeschwindigkeit die Faserverteilung nachteilig beeinflussen, so daß ein Papier minderer Qualität entsteht. Durch die Verwendung von mit Unfangsnuten versehenen Walzen wird die Pumpwirkung wesentlich verringert, da ein Durchlaß besteht, der das Entstehen eines Unterdruckes durch das von der Walze weglaufende Formsieb verhindert. An dieser Stelle sei nochmals hervorgehoben, daß metallische Walzen teuer und korrosionsanfällig sind, während aus Gummi bestehende oder mit einem Gummimantel überzogene mit Umfangsnuten versehene Walzen nicht bei hohen Spaltdrücken und Geschwindigkeiten betrieben werden können.

Die Anmelderin hat festgestellt, daß man mit Umfangsnuten versehene Walzen, die hohen Geschwindigkeiten und hohen Spaltdrücken gewachsen sind, ohne besonderen Aufwand herstellen kann. Die Walzen sind chemischen Einwirkungen gegenüber relativ unanfällig und im übrigen auch unter extremen Belastungen stabil. Gegen-

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stand der Erfindung ist daher in erster Linie die Verwendung einer Walze mit einer Mehrzahl von Umfangsnuten in der Außenfläche und bestehen aus einer nicht gewebten, die Walze umhüllenden Matte, die mit einem hitzehärtbaren Kunstharz verklebt ist ο Es ist häufig zweckmäßig, die Oberfläche der Walze zu bearbeiten, um die erwünschte Glätte zu erreichen. Das Einbringen der Rillen oder Umfangsnuten in die Walze besteht aus einer relativ einfachen Bearbeitung mittels eines Werkzeuges und kann mit hoher Genauigkeit durchgeführt werden.

Für eine Vielzahl von Anwendungszwecken eignen sich folgende Abmessungen .-der Umfangsrillen. Zweckmäßigerweise sind die Nuten etwa zwischen 0,23 mm bis 2,0 mm breit. Ein bevorzugter Breitenbereich liegt zwischen 0,38 mm bis 0,64 mm. Die Rillentiefe kann zwischen 0,64 mm bis 10 mm oder darüber betragen. Vorzugsweise liegt die Nutentiefe zwischen 1,3 mm bis 3*8 rnm. Die Anzahl der Umfangsrillen pro Längeneinheit in Axialrichtung der Walze hängt von dem jeweiligen Anwendungszweck und den übrigen Abmessungen der Rille ab. Ein bevorzugter Durchschnittswert liegt zwischen 1 bis 12 Rillen pro cm Länge in Axialrichtung und gemäß einem bevorzugten Wert befinden sich pro cm Walzenlänge 2 bis 5

Die Walzen nach der Erfindung können aus jeder beliebigen Fasersubstanz bestehen, die sich zu nichtgewebter Matte verarbeiten läßt. Vorzugsweise besitzt die Matte selbst eine Zugfestigkeit von 0,9 kg/cm (5 pound/inch). Als Beispiel für Materialien, die sich zu geeigneten Fasermatten verarbeiten lassen, seien Polyamidfasern, Papfer- oder Karton ausreichender Festigkeit, Acrylfasern, Polyesterfasern, Zelluloseazetat oder andere Azetatfasern, Asbestfasern, Baumwoll- und Sisalfaser, Rayonfasern (Viscose oder Kupferseide), Polyolefinfasern u.dgl. genannt. Besonders geeignete Walzen sind bereits untir Verwendung nicht gewebter Acrylmatten hergestellt worden.

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Die zum Verkleben und Binden der nichtgewebten Matte verwendeten hitzehärtenden Kunstharze (Duroplaste) lassen sich allgemein angeben als Kondensationspolymere oder Copolymere, die durch Reaktion der funktioneilen Gruppen der organischen Verbindung entstanden sind, mit der möglichen Eliminierung von Wasser oder ähnlichen Nebenprod-ukten. Eine Vielzahl von hitzehärtenden Kunstharzen kann verwendet werden. Als Beispiel seien Phenolharze angeführt, die das Reaktionsprodukt zwischen Phenolen und Aldehyden sind, beispielsweise Phenol und Formaldehyd.

Auch Harnstoff- und Melaminharze sind geeignet und entstehen durch Reaktion zwischen dem Wasserstoff der Amingruppen des Harnstoffes oder Melamin und dem Hydroxyl des hydrierten Formaldehyds.

Zwei andere in enger Beziehung zueinander stehende Gruppen von ebenfalls verwendbaren hitzehärtenden Harzen sind Alkyde und Polyester, die man auch als modifizierte und nicht modifizierte Polyesterharze bezeichnet. Polyesterharze werden durch Reaktion einer polybasischen Säure, beispielsweise Adipinsäure, Sebacinsäure usw. mit einer polyfunktionellen Komponente, wie Glycol, Glycerin u.dgl., gebildet. Modifizierte oder Alkydharze entstehen durch Reaktion eines Fettsäure-Glycerides oder einer Fettsäure, wie Linolsäure, mit einem nichtmodifizierten Harz.

Die am meisten bevorzugte Klasse der hitzehärtenden Harze sind Epoxyharze. Epoxyharze entstehen aus einem basischen Epoxid, in dem Epoxygruppen enthalten sind, die dann entweder mit Diaminen oder zweifach-basischen Anhydriden abblüen. Epoxide werden auf verschiedene Arten hergestellt, beispielsweise durch Reaktion zwischen Phenol und Azeton, zu Erzeugung von Bisphenol-A, das dann mit Epichlorhydrin zur Reaktion gebracht wird, um das Epoxy-Zwisch$nglied hervorzubringen, Diamin oder zweibasisches Anhydrid reagiert dann mit dem Zwischenprodukt, um das endgUltige Harz zu bilden.

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Eine weitere bevorzugte Klasse hitzehärtbarer Kunstharze sind die Acrylharze, die aus Acrylat oder Methacrylat-Ester-Polymeren bestehen, obwohl sie auch Acrylnitril und Chloracrylat-Polymere enthalten können. Diese Polymere v/erden allein oder mit anderen C -Monomeren Polymerisiert, so daß das Acrylatharz entsteht.

Wie vorstehend beschrieben, wird die nichtgewebte Matte um den Walzenkern herumgewickelt, nachdem sie in üblicher Weise mit Harz getränkt worden ist. Durch Polymerisation des Harzes zur Bindung einer nicht gewebten Matte entsteht die Walze» Anschließend kann eine einfache Bearbeitung der l,'^ralzenoberf lache und das Einbringen der Umfangsrillen oder Nuten in üblicher Weise durchgeführt werden.

Die Erfindung ist nachfolgend anhand eines in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiels und sich daraus ergebenden weiteren Vorteilen näher erläutert.

Fig. 1 ist eine perspektivische Ansicht einer Walze nach der Erfindung,

Fig. 2 zeigt in einem vergrößerten Schnitt einige Nuten in einer Walze.

Fig. J zeigt in einem schematischen Querschnitt einen Pressenbereich ntt zwei Walzen nach der Erfindung und

Fig. 4 in einer schematischen Seitenansicht die Blattbildungszone einer Papiermaschine mit zwei Walzen nach der Erfindung.

Entsprechend Fig. 1 ist ein Lagerzapfen oder eine Lagerwelle zur Abstützung des Kernes 14 einer Walze 10 vorgesehen. Die Außenfläche der Walze 10 besteht aus nicht gewebter Matte 16, die um den Walzenkern 14 herumgelegt bzw. gewickelt und mit einem hitzehärtbaren Kunstharz gebunden bzw. verklebt ist. In die Außenfläche der Walze 1st eine Vielzahl von Rillen 18 eingearbeitet.

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Fig. 2 zeigt die VJalze nach Figo 1 in einem vergrößerten Teilschnitt. Die Umfangsnuten IB haben eine Tiefe zwischen 0,64mm bis 10 mm oder darüber„ Die an der Stelle 22 gezeigte Breite der Nuten 18 entspricht ebenfalls den weiter oben angegebenen Wertbereichen. Das Maß 24 entsprechend Fig. 2 ist kennzeichnend für die pro Längeneinheit (cm) in Axialrichtung auf der Rolle untergebrachte Nutenanzahl. Es sei beispielsweise angenommen, daß drei Nuten pro 25 mm vorgesehen sind.

Fig. 3 zeigt eine Pressenpartie unter Verwendung von zwei Walzen gemäß der Erfindung. Die Walzen 28 sind im Schnitt dargestellt, so daß an der Stelle 30 der Boden der Nuten und an der Stelle 2o die Außenfläche bzv:. ungenutete Oberfläche der Walze wiedergegeben ist. Durch den zwischen beiden Walzen 28 gebildeten Spalt läuft ein von einer Führungs- oder Umlenkrolle 33 kommender Deckfilz J>2. Auf einem ebenfalls durch den Walzenspalt geführten unteren Filz jH liegt eine Papierbahn, wobei das in der Bahn U befindliche Wasser aufgrund des Spaltdruckes in die Filze 32 und 3^ gedrückt wird» Der untere Filz34 wird anschließend über eine Umlenkwalze 35 abgezogen.

Aufgrund des hohen Druckes im Spalt zwischen den Walzen 28 wird aus der Bahn λ eine beträchtliche Feuchtigkeitsmenge beseitigt. Die in den \.alzen 28 vorgesehenen Umfangsnuten bewirken, daß diese Feuchtigkeit weitgehend durch den Filz 32 und den Filz hindurchläuft und in Richtung der Pfeile 36 und 37 weggeschleudert oder we^gepreßt wird. Wären die Walzen nicht mit Umfangsnuten versehen, so würde der überwiegende Anteil der durch die Filze hindurchgeprei3ten Feuchtigkeit an der Oberfläche der Walze festgehalten und die Filze 32 und 34 wiederbefeuchten oder feuchthalten und damit den V/irkungsgrad der Vonrichtung überhaupt infrage stellen.

In Fig. 4 ist der Blattbildungsbereich einer Zweisieb-Papiermaschine dargestellt, bei der zwei mit Umfangsnuten versehene Walzen 28, ähnlich wie im Zusammenhang mit Fig. 3 beschrieben,

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mm Q^ -Mi

verwendet werden. Auch hier ist an der Stelle 3C der Boden der Umfangsnuten gezeigt und an der Stelle 2L- der V/a Iz en umfang in einem nicht genuteten Abschnitt, Ein um die obere Walze 28 herumgeführtes oberes Formsieb 40 sowie ein um die untere Walze herumgeführtes unteres Formsieb 4l werden nach dem Durchgang durch den Walzenspalt zueinander parallel angetrieben= Um den Papierstoff zu entwässern und die Papierbildung zu unterstützen, sind obere und untere Saugkästen 42, 4^3 vorgesehen. Aus einem Stoffauflauf 44 wird eine Papierstoffströmung 45 in den Spalt zwischen die beiden V-ZaIzen 28 eingeleitet, der dann von den beiden Formsieben 4c und 4l zur Blattbildung an den Saugkästen 42, 4j vorbeibewegt wird. Wären die beiden Walzen 2& glattflächig bzw. ungenutet, so würde ein erheblicher Unterdruck bzw. eine Pumpwirkung an der Stelle entstehen, VJO die Formsiebe mit hoher Geschwindigkeit den Walzenumfang verlassen. Da jedoch die Walzen 28 erfindungsgemäß mit Umfangsnuten JO versehen sind, wird das durch die hohe Geschwindigkeit der Formsiebe 4c und 4l bzw. durch die in Richtung der Pfeile 46 und 47 mitgerissene Luft erzeugte Vakuum weitgehend beseitigt. Indem die an den Außenseiten der Formsiebe 4o und 4l wirkenden Unterdruck erzeugenden Kräfte beseitigt werden, wird der zwischen den Formsieben 4o und 4l befindliche Papierstoff 45 nicht mehr wie bisher plötzlich in seinem Blattaufbau gestört, so daß in der Blattbildungszone zwischen den Saugkästen 42 und 4;5 eine gesteuerte Blattbildung stattfinden kann.

Um die Wirksamkeit der Erfindung bei hohen Geschwindigkeiten und hohen Spaltdrücken zu demonstrieren, sind eine Reihe von Untersuchungen durchgeführt worden, um eine Walze nach der Erfindung mit verschiedenen bekannten Walzen,bestehend aus einem mit Umfangsrillen versehenen Gummimantel zu vergleichen. Ein Vergleich zwischen einer aus rostfreiem Stahl bestehenden genuteten Walze und einer Walze nach der Erfindung wäre nur sinnvoll, wenn man jeweils die Herstellungskosten berücksichtigt

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und die relative Korrosion oder chemische V/iderstandsfesügkeit messen würde. Hierzu kann jedoch gesagt werden, daß eine Walze nach der Erfindung unter Berücksichtigung der Herstellungskosten und der VJiderstandsfähigkeit gegenüber chemischen Einwirkungen einen wesentlich höheren Gebrauchswert als metallische mit Nuten versehene falzen besitzt.

Bei einem ersten Versuch wurde eine Walze mit einer 12,5 mm dicken Deckschicht aus einer nichtgewebten Acrylmatte, gebunden durch ein Epoxyharz, hergestellt. Ein Paar dieser Walzen wurde mit einer Umfangsgeschwindigkeit von JQ₃ 5 m/sec (6000 Fuß/min) betrieben, entsprechend einer mit dieser Geschwindigkeit durch den '. alzenspalt hindureingeführten Bahn. Der Arbeitsdruck lag bei 107 kg/cm (6θΟ pund/inch) - gemessen in Axialrichturig über die Länge der Walze. Die Walzen arbeiteten über eine ausgedehnte Zeitdauer einwandfrei und benötigten 0,^6 PS Antriebskraft pro Meter Axiallänge.

Bei einem zweiten Versuch wurden zwei mit einem 19 mm dicken, ^enutö;en Gummimantel versehene Rollen unter den gleichen Bedingungen eingesetzt. Die Drehzahl der Walzen entsprach einer Längs^eschv.indigkeit von >'),5 m/sec entsprechend einer mit dieser Geschwindigkeit durch den Walzenspalt hindurchgeführten Papierbahn und mit einem Spaltdruck von 53*6 kg/cm. Obwohl hz riDf-ileh v.'ar, die V.'alzen bei den genannten Geschwindigkeitsund m'uekv.'erten kurze Zeit laufen zu lassen, wurde dabei eine Antriebsleistung von 22,9 PS/m Rollenlänge benötigt; jedoch fielen die V/alzen nach kurzer Betriebsdauer aus.

Bei einem dritten Versuch wurde auf eine Walze ein 17*3 mm dikker Mantel aus etwas; härterem Gummi aufgezogen. Zwei derart ausgestattete V'aizen wurden mit einer Lineargeschwindigkeit fMr da;; durch den Walzenspalt hlndurchzuführende Gewebe von >0,5 i:i/sec und mit einem Spaltdruck von 107 kg/cm betrieben. Auch hier fielen die Rollen nach einer kurzen Betriebsdauer aus, und während dieser kurzen Betriebsdauer war eine Leistung von 45, h P3/m V/alzenlänge zum Antrieb des Walzenpaares erforderlich.

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Aus den Untersuchungen ergibt sich, daß die erfindungsgeraaße Walze nach Beispiel 1 den mit genuteten Gummimänteln versehenen walzen weitgehend überlegen ist, Bei sämtlichen Untersuchungen lag die Nutentiefe bei 2,^4 mm und die Nutenbreite bei 0,51 fflfflj wobei ~3,±*j liuten/cm V/alzenlLuige untergebracht waren. Die Walze, deren Außenfläche aus einer gewickelten und mit Epoxyharz verklebten Acrylmatte besteht, k. r.nte unter den oben angegebenen Druck- und Geschv/indigkeito^ialagun^ on über lange Betriebszeiten eingesetzt werden und evi'..vdevze dabei nur eine Antriebsleistung von c, 46 FS/m ',,L-i^oi.ian^. Die Walze nach dem zweiten Ausf'ihrungsbeispiel ;;.,r aoch nicht einmal in der Lage, den zugruuc.egelegten Geschv/inulgkeits und Druckwerten standzuhalten, während die dritt·. .-,"alze schon nach einer kurzen Betriebsdauer ausfiel, Die «üüriebsleistung für die Walzen nach dem dritten Versuch vjar mehr als 5rnal so hoch wie für die Walzen gem^.i r;er lirfinclurr, Daraus ergibt sich, dai3 die Walzen nach der Erfindung eov.JiI genuteten metallischen als auch mit Gucxdmantel überzogenen ..aizen überlegen sind, und da 13 sie eine relativ ein, '.ehe Herstellung, eine Korrosionsbeständigkeit und eine unbar^hr-iriiiti: Elnsatsmoglichkelt bei hohen Qe^Siiv-lndigkelcen. und hoh.in opaitdrückeu gewährleisten.

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Claims

Dipl.-ing. WILFRID RAECK PATENTANWALT 7 STUTTGART 1, MOSERSTRASSE 8 · TELEFON (0711) 244003 BELOIT CORFURATIOII, Belcit, "Wisconsin, USA 12. Dezember I969 /F - BE 241 - Patentansprüche

1. Walze, deren Außenfläche mit einer Mehrzahl von Umfangsnuten versehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Walzenoberfläche auü einer um die Walze herumgewickelten und mit eine;:: hitzehärtbaren Kunstharz verklebten nichtgewebten Matte besteht.

2. Walze iic-ch Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die iJuten zwischen 0,1.5 mm und 2,G min breit sind.

^. Walze nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die liuten zwischen C,j56 mm bis 0,64 nm breit sind.

4. Walze nach Anspruch 1, dadureh gekennzeichnet, daß die 'Juten zwischen 0,64 mm bis 10 ram tief sind.

5» Walze nach Anspruch 4, dadureh gekennzeichnet, daß die iluten zwischen 1,3 nim bis ^,c mm tief sind.

6. .;alze nach Anspruch 1, dadureh gekennzeichnet, daß zwischen 1 bis 12 Nuten/cm Axiallänge der Walze untergebracht sind.

7. Walze nach Anspruch 6, dadureh gekennzeichnet, daß zwischen zwei und fünf Nuten/cm Axiallänge der Walze untergebracht sind.

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8. Walze nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die nichtgewebte Matte eine Zugfestigkeit von mindestens 0,9 kg/cm aufweist,

9. Walze nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die nichtgewebte Matte aus Acrylfasern besteht.

10. Walze nach Anspruch 9* dadurch gekennzeichnet, daß der hitzehärtbare Kunststoff aus einer Gruppe der Acryl- und Epoxy-Harze besteht.

11. Vf al ze nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das ™ hitzehärtbare Harz Epoxyharz ist.

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